芯耀
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在任何无线电或微波设备、方案里，都需要控制射频（RF）信号的发射或接收功率。控制信号强度是必须要做的事，原因有三个：
1、确保符合相关标准和法规——同时避免有害的辐射；
2、防止过高的射频功率损坏硬件；
在本文中，你会学到数字步进衰减器的基础知识，包括它是什么、有哪些应用、有什么特性，怎么找到适合自己需求的衰减器，以及常见的问题及回答。
一、什么是数字衰减器？
简单来说，射频数字步进衰减器（Digital Step Attenuator，简称DSA）是一种给射频信号“加衰减”的器件——而且衰减的量可以通过数字方式控制。数字衰减器按实现方式，主要分三种，得区分开：
1、集成电路（甚至是IP模块）：适合集成到大批量生产的产品里，但需要深入做硬件和软件的整合工作；
2、数字衰减器模块：不用花太多工程精力，适合在系统层面进行集成；
3、独立式数字步进衰减器方案：通常包含多个独立通道，能覆盖很多不同的应用场景。
二、衰减器的应用场景
衰减器的应用场景非常广，复杂程度也不一样，举几个例子：
1、所有无线通信设备里（从物联网模块、手机、无线路由器到移动基站），设计中的多个环节都需要妥善控制射频信号的强度，例如用于接收链路中，用于对输入大信号的衰减，以保护后级链路器件不被损坏。
2、对于大型系统和方案（比如无线接入网），整个系统的效率高低，取决于网络各个部分的射频功率是否能做好平衡和控制。
3、任何无线电、微波设备的全生命周期里——从研发、认证测试，到生产、维护——都需要大量的射频测试。这些测试的setup（配置）里，往往需要用数字衰减器来控制不同环节的射频功率。
三、数字步进衰减器的关键特性
不管是针对什么应用，选的是哪种实现方式，数字衰减器都有几个核心参数来定义它的性能：
1、直通损耗(Thru Loss)：数字控制信号为"000"状态时的插入损耗。
2、主要衰减步进：当一个控制信号为高电平，其他为低电平时激活的衰减量。
3、步进精度：实际衰减值与规定值的偏差。
4、上升时间：衰减器从最终值的10%达到90%所需时间。
5、延迟时间：从TTL信号50%到衰减值达到最终值90%(开启)或10%(关闭) 的时间差。
6、最大衰减：所有主要衰减步进之和，即最大可实现衰减。
通常来说，用于通用场景的独立式数字步进衰减器，频率范围最宽、衰减范围最大，精度也最高。
举例说明，PE43704是一款采用HaRP™技术增强的高线性度7位50Ω射频数字步进衰减器（DSA）。
它在频率高达8GHz时，最大功率处理能力可达28dBm；衰减范围覆盖31.75dB，衰减步进可选择0.25dB、0.5dB或1.0dB。
PE43704与PE43703引脚兼容，提供多种CMOS控制接口，还具备可选的VssEXT旁路模式，可提升杂散性能。
该器件在不同频率和温度下均能保持较高的衰减精度，同时具有极低的插入损耗和较低的功耗。若射频（RF）端口无直流电压，使用时无需额外配置隔直电容。
下面是它的一些主要参数，来自其器件手册截图。
四、怎么选最优的步进衰减器？
选数字衰减器，第一步永远是先搞清楚自己的应用场景，以及想选哪种实现方式（集成电路、模块还是独立式）。
举个例子：如果要给移动设备做高效的自动化生产测试，就需要“多通道独立式数字步进衰减器”——得有宽频率范围、大动态范围（能调的衰减跨度大）、高衰减精度。
针对这种需求，Ranatec有一系列高精度数字衰减器盒子，频率覆盖100MHz到8GHz，最大衰减量能到110dB。它的高精度是这么来的：一方面是衰减器本身设计精度高，另一方面是出厂前会做全面的校准。所以实际衰减量的误差能控制在±0.25dB以内。而且这些衰减器盒子还能根据客户的具体应用需求，做优化和定制配置。
Tips，数控衰减器常见问题及回答。问题1：数字步进衰减器（DSA）的“无毛刺”（glitch free）、“安全状态”（safe state）和“无保护”（no protection）切换有什么区别？回答：DSA内部通常有一组衰减器模块，通过开启或关闭不同的模块来确定衰减器的工作状态。在设计中，有时会额外加入时序电路，用来控制衰减器切换状态时的瞬态表现（即切换过程中的信号变化）。
不同DSA的切换性能设计不同，主要分为三类：
1、无保护切换（no glitch protection）
这类衰减器在切换衰减状态时，可能会出现“过冲”（overshoot，衰减量突然小于目标值）和/或“下冲”（undershoot，衰减量突然大于目标值）的情况——简单说就是切换过程中信号衰减量会“跑偏”，没有额外电路来抑制这种波动。
2、无毛刺切换（glitch free transitions）
这类衰减器切换时能直接进入目标衰减状态，过程中“过冲”和/或“下冲”的幅度极小（几乎可以忽略），不会产生明显的瞬态干扰（“毛刺”），信号衰减量能平稳过渡到目标值。
3、安全状态切换（safe-state transitions）
这类衰减器切换时，不会直接跳到目标状态，而是会先切换到“最大衰减状态”，之后再稳定到目标衰减状态——相当于多了一个“过渡缓冲”，避免切换过程中出现意外的低衰减（比如突然让强信号直通，可能干扰后级电路）。
通常来说，“无毛刺”或“安全状态”设计的衰减器，其切换响应速度会比“无保护”设计的慢（因为前者需要额外时序控制来优化瞬态表现）。
为了能定量对比不同DSA的切换瞬态性能，我们在新款产品的“电气规格表”中，会专门加入“过冲/下冲”参数，以此明确标注毛刺性能。
问题2：使用场景未低于步进衰减器规定的1dB压缩点，会有什么后果？
回答：若超过规定的压缩点（通常规定输入功率为0dBm时的压缩点），衰减器会产生谐波，可能影响系统正常工作。此外，在测量基波信号的衰减量时，由于部分基波功率会转化为谐波功率，测量结果会出现误差。
问题3：步进衰减器的“零值”是什么意思？
回答：步进衰减器的衰减值以开关的最小插入损耗为参考基准。例如，开关处于“零”档位时，在10MHz频率下插入损耗为3dB，在1GHz频率下可能为3.5dB，所有衰减值均相对于这个“零”基准来标注。
问题4：关于TTL控制步进衰减器手册中，常常特别强调“精密”一词？
回答：市场上多数步进衰减器在规定的频率范围内，衰减量波动较大。例如，一个3dB的衰减步进，误差可能高达1dB，导致实际衰减量在2至 4dB之间波动；而TTL控制步进衰减器，这种误差通常在0.3dB或以内。温度变化带来的衰减量波动也存在类似情况。
此外，若衰减器内部回波损耗性能不佳，当切换内部电阻使衰减量从 3dB 增至6dB时，总衰减量的误差可能高达2dB；而TTL控制步进衰减器的精密步进衰减器设计回波损耗达24dB，总衰减量与标称值的误差可控制在0.6dB以内。
除了遵循24dB回波损耗的设计标准外，极短的引线长度、经过高精度修整的电阻，以及低寄生参数的开关，共同造就了其精密的性能。
问题5：步进衰减器级联使用时会出现什么情况？
回答：若每个衰减器单元的回波损耗极佳（20dB或以上），则总衰减量为各单元衰减量的算术和；否则，总衰减量可能不等于各单元衰减量之和。
问题6：衰减器从一个衰减值切换到另一个衰减值的速度有多快？
回答：TTL控制下的衰减值切换速度以延迟时间为指标，最大延迟时间为6微秒。这里的延迟时间定义为：衰减器达到射频（RF）幅度最终变化量 90%所需的时间。
问题7：若输入功率超过最大额定值，会烧毁步进衰减器吗？
回答：不建议超过额定输入功率，但即使超过10dB，通常也不会损坏衰减器。不过代价是会产生失真信号，且衰减精度会下降。
问题8：若向步进衰减器输入峰值电压过高的脉冲，会有什么后果？
回答：过高的电压峰值会导致脉冲宽度变宽。
从而可能会导致衰减器在切换衰减状态时的过渡过程发生变化，从而影响衰减的精度。例如，在一些对衰减精度要求较高的应用中，脉冲宽度的变化可能会使实际衰减值与设定值之间出现偏差。
脉冲宽度变宽可能会导致插入损耗发生变化，进而影响信号的传输质量。
衰减器的开关速度通常是指其从一个衰减状态切换到另一个衰减状态所需的时间。脉冲宽度变宽可能会影响衰减器的开关速度，导致切换时间延长，从而影响系统的响应速度。
问题9：请简述典型TTL控制步进衰减器的结构？
回答：每个衰减步进由两个单刀双掷开关和一个固定衰减器组成（见图）。其中，步进1的开关B1和B1'与衰减器1连接，步进2的开关B2和 B2'与衰减器2连接，步进3的开关B3和B3'与衰减器3连接。所有步进均通过各自的衰减器，并以级联方式连接，以实现最大衰减量。
问题10：衰减器正常工作对TTL信号有什么要求？允许的误差范围是多少？
回答：TTL“0”电平对应的电压范围为0至0.8V，TTL“1”电平对应的电压范围为2至5V。
问题11：TTL输入端必须是50Ω阻抗吗？若为75Ω会怎样？
回答：TTL接口的定义依据电压和电流，而非阻抗，因此输入端阻抗为 75Ω不会影响其正常工作。
